Electrónica Básica. Gustavo A. Ruiz Robredo Juan A. Michell Mar<n. Tema A.3. Aplicaciones lineales y no- lineales del amplificador operacional

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1 Electrónica Básica Tema A.3. Aplicaciones lineales y no- lineales del amplificador operacional Gustavo A. uiz obredo Juan A. Michell Mar<n DPTO. DE ELECTÓNICA Y COMPUTADOES Este tema se publica bajo Licencia: CreaHve Commons BY- NC- SA 3.0

2 Seguidor de tensión A o = = 1 i ( ) Z = r 1+ A Z i i OL o = r o ( 1+ A ) OL Prob A.III.1 2

3 Amplificador sumador I1+ I IN= IF 1 2 N n = 1 2 N F n = p = 0 o esistencia de compensación N F F F i o = 1 2 N = F 1 2 N i= 1 i... Ancho de Banda f BW =, donde la ganancia de ruido vale A = 1 + A 1 F N N N Prob A.III.2 3

4 Amplificador diferencial, B A + B B o = 2,, 1 A + B A A En el caso parmcular de que B A =, B, A ( ) B o = 2 1 A Prob A.III.7 4

5 Amplificador de instrumentación OpMmizado en términos de componentes DC: CM, corrientes y tensiones offset, corrientes de polarización, etc Tiene seguidores a las entradas. 1 = 2 2 ( B B ) = o 2 1 EF A +Δ A Prob A.III.8 5

6 ConverMdores tensión- corriente Fuente de corriente Howland Carga flotante I= i L i n n = 1 2 n = p o p o p + IL = 1 2 I= i L 1 6

7 Diferenciador di Ii = C d dt o = C dt o = Ii i Diferenciador prácmco Prob A.III.12 Mejora la estabilidad Prob A.III < 1 2 7

8 espuesta del diferenciador a diferentes Mpos de entrada 8

9 Integrador I i I i i = 1 t o = 0 i + do C = C dt dt cte 9

10 espuesta del integrador a diferentes Mpos de entrada Prob A.III.14 10

11 El OA como comparador Un comparador es un circuito no- lineal que permite comparar dos señales (una de las cuales generalmente es una tensión de referencia) y determinar cuál de ellas es mayor o menor. La tensión de salida Mene dos estados (binaria) comporta como un convermdor analógico- digital de 1 bit. La tensión de salida puede ser OH (Output High) o baja OL (Output Low). En OAs, estas tensiones de salida están fijadas por las fuentes de alimentación: OH CC y OL - CC. Salida digital = si > = > 0 o OH p n id p n = si < = < 0 o OL p n id p n Entrada analógica 11

12 Comparador no- inversor Comparador inversor Ejemplo de un comparador CC CC Prob A.III.15 12

13 Comparadores monolímcos: Familia 339 Los OAs funcionalmente pueden actuar como comparadores, no obstante sus limitaciones hacen que sean inservibles para muchas aplicaciones: 1. Tienen una limitación en frecuencia importante. 2. Bajo slew- rate, transicción alto bajo es lenta. 3. Presenta unos retrasos tan elevados que únicamente son válidos a frecuencias bajas. Además, los OAs están pensados para actuar como amplificadores e incluyen técnicas de compensación en frecuencia no necesarias cuando operan como comparadores. A veces es necesario añadir un circuito adicional cuando los niveles de tensión Menen que ser compambles con circuitos digitales TTL, ECL o CMOS. 13

14 La serie 339 de NaMonal Semiconductor es una familia de comparadores muy umlizada de bajo coste. Colector abierto (open colector) Prob A.III.16 = si > (Q en Corte) o OH CC p n = (sat) 0 si < (Q en Saturación) o OL CE p n 14

15 Detector de nivel La función del detector de nivel es idenmficar cuando una variable ksica (tensión, corriente, temperatura, humedad, etc), la cual suele ser convermda a una tensión de entrada i mediante un transductor, es superior o inferior a un nivel de referencia. 1 Z < i Diodo LED ON Z > i Diodo LED OFF 1+ 2 Prob A.III.17 15

16 Disparador Schmil Un disparador Schmil o comparador con histéresis es un comparador regeneramvo con realimentación posimva que presenta dos tensiones de comparación a la entrada, TH y TL, en función del estado de la salida. Sus principales aplicaciones se encuentran en el campo de las comunicaciones digitales debido a su capacidad de eliminar ruidos y en circuitos generadores de formas de onda. Disparador Schmil: Ejemplo 1 p n 1 + = o = = = + = i 1 o = OH p = TH = OH o OL p TL OL

17 Caso 1: Caso 2: 1 p > n o = OH n = i < TH = OH 2+ 1 La trasicción o: OH OL se produce cuando i = TH 1 p < n o = OL n = i > TL = OL 2+ 1 La trasicción : se produce cuando = o OL OH i TL 17

18 Prob A.III.18.A 18

19 Disparador Schmil: Ejemplo 2 Limitador de tensión = + OH Z d = OL Z d p = n =0 TL TH = 1 2 = 1 2 OH OL 2 1 p = i+ o

20 Disparadores Schmil CMOS entajas de los disparadores Schmil CMOS monolímcos: alta impedancia de entrada, rango de salida rail- to- rail y bajo consumo de potencia. Los valores de la tensión umbral o threshold de estos circuitos se encuentran alrededor del 60% de DD para la TH y del 40% de la DD para la TL. HCC40106B de SGS- Thomson Microelectronics que es un circuito monolímco CMOS consmtuido por 6 disparadores Schmil inversores. 20

21 Ejemplo de aplicación del HCC40106B TH TL = 6 = 4 DD =10 21